基于Terminal滑模的动能拦截器末制导律研究

针对大气层外动能拦截器的精确拦截问题,给出了一种基于Terminal滑模的鲁棒末制导律设计方法。在不考虑动能拦截器姿态运动的情况下,建立了动能拦截器纵向平面和侧向平面内的相对运动方程,并通过在末制导滑模中引入非线性项,去除了传统变结构制导律中的切换项,保证制导系统具有全局快速性。仿真结果表明Terminal滑模应用于动能拦截器精确末制导律设计中的有效性,较之传统的比例导引和变结构制导方法,能有效抑制视线的发散,对目标机动具有更强的鲁棒性,并具有更高的拦截精度。     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的烦琐,简化了求解过程。     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的繁琐,简化了求解过程。     

基于观测器的有限时间收敛的滑模导引律设计

针对平面内弹目相对运动的末制导问题,考虑影响制导性能的目标机动和弹体动态延迟特性2个主要因素,设计渐近收敛和有限时间收敛的2种滑模导引律。选取具有动态滑模变量的线性滑模面,设计渐近稳定的滑模导引律。进一步在动态滑模变量的基础上,选取具有有限时间收敛特性的线性滑模面,设计有限时间收敛的滑模导引律。在导引律实现过程中,利用非齐次干扰观测器对系统未知扰动进行跟踪估计。在目标进行2种机动情况下,选取不同的动态延迟参数。研究结果表明:数值仿真分别验证了所设计的2种滑模导引律的有效性和可实现性。     

非奇异终端滑模导引律

针对拦截机动目标问题,提出了一种基于非奇异终端滑模技术的导引律.非奇异终端滑模面同时包含目标视线角速度和期望的目标视线角2种信息.通过引入非线性滑模面改善系统的收敛特性,可实现闭环系统状态的有限时间收敛,并可大幅度改善系统性能.目标视线角速度在有限时间内收敛到0,可以满足导弹对目标零脱靶量的要求;目标视线角在有限时间内到达期望值,可以保证导弹击中目标时的姿态.将目标加速度机动作为未知的有界扰动,利用变结构控制的不变性,使制导律对目标机动具有鲁棒性.该导引律形式简单,易于工程实现.对2种不同的目标机动进行仿真,结果表明该方法具有强的鲁棒性,可以保证较高的制导精度.     

基于滑模控制的飞行器螺旋机动、制导与控制一体化设计研究

针对空舰飞行器末制导过程中突防能力不强;制导、控制回路分离设计在带宽分离假设条件不满足情况下的控制效果较差的两方面问题,将飞行器制导与控制回路进行一体化设计,并引入三维螺旋机动的弹道机动形式,实现了螺旋机动、制导、控制一体化的设计研究. 首先对飞行末段的制导、控制回路进行了一体化建模,之后应用滑模控制方法,完成了制导与控制一体化的控制律设计,而后引入了对视线倾角速率与视线偏角速率的周期性拉偏,完成了螺旋机动、制导、控制一体化设计,仿真结果表明,本文设计的控制律在保证对目标的精准打击能力的同时具备了攻击过程中的弹道螺旋机动能力.      

高超声速目标拦截含攻击角约束的协同制导律

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的视线角速率收敛到0且视线角收敛到期望的终端视线角;在沿弹目视线方向,基于二阶多智能体一致性算法设计视线方向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证各枚导弹同时击中目标.通过对4枚导弹协同拦截高超声速目标的情景进行仿真,验证了所设计制导律的有效性.      

基于轨迹线性化的鲁棒制导控制一体化设计

针对无人作战飞机末端攻击制导控制一体化设计问题进行研究。建立一体化制导与控制系统模型,在此基础上采用轨迹线性化控制方法设计一体化控制律,为处理系统中存在的气动参数摄动、测量误差干扰和目标机动等大量不确定性,采用非线性干扰观测器技术对不确定性进行估计并加以补偿,并基于Lyapunov原理证明所设计方法的稳定性。仿真结果表明:所设计的制导控制一体化方法有效地提高控制精度,并保证良好的鲁棒性。     

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.      

基于制导/估计综合设计的协同制导律

基于普通分离原理,将反导作战噪声环境中拦截高速机动目标的制导问题考虑为一类非线性、非高斯追逃拦截问题.引入追逃未达集概念,利用几何方法将估计器设计方法结合到制导律的设计中,通过理论推导综合设计了估计器和制导律,并在此基础上,在目标函数中,引入包围因子,对多拦截器协同制导律进行了研究.数值仿真验证了基于制导/估计综合设计的协同制导律的制导性能和有效性.